機械設計的點滴體會（三）

lynx91

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說到搞‘運動結構’設計的家伙,，有時看不起搞‘靜態(tài)結構’設計的人,，在有些場合也是有一定道理的,。

設計一個‘運動結構’,，不僅要考慮機構在運動過程中的完整性,，還有保證在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的任務，這些任務有時是精密的動作,，有時是一個變化著的力,，有時二者兼?zhèn)洹?/SPAN>

既然是為了完成一個運動的任務，從總體上說,，各種運動機構都是類似的，從宏觀上看都是一樣的東西,。運動系統(tǒng)在運動過程中都包含有‘啟動,、加速、工作運轉,、減速,、停止’等過程，怎么能很好地完成這些動作,，才是問題的關鍵所在,。

我習慣上將‘運動系統(tǒng)’分成幾大類：第一類是‘大慣量系統(tǒng)’，其自身的啟動慣性較大,，而工作載荷并不很大,，例如，棒材軋機的定尺飛剪,，設計的關鍵問題是要在規(guī)定的時間內(nèi)啟動到位,，完成剪切動作，真正的剪切力并不很大,。

第二類是‘大載荷系統(tǒng)（或外加大慣性體）,，這類系統(tǒng)的自身慣性很小，而工作載荷很大,。例如,，航母上的蒸汽彈射器，設計的關鍵是如何在瞬間發(fā)出巨大的推動力,，而這種大推力又是可以精密控制的,，設計這種東西有難度,，有時，你設計了也沒有條件加以實現(xiàn),。

第三類是混合系統(tǒng),，自身的慣性比較大，工作載荷也特別大,，有時載荷還有不確定性,，例如，軋機,、熱帶飛剪等冶金設備就是如此,。

你無論是設計哪種系統(tǒng)，首先你要分清楚這東西的實質所在,，才能選擇用什么方式加以驅動,。說到這里，我們不得不說一下驅動一個系統(tǒng)用到的原動機,。原動機主要有各種電動機,、活塞式內(nèi)燃機、渦輪軸式燃氣輪機,、外燃式的斯特林機,、驅動大型風機和壓縮機的蒸汽輪機等。無論如何,，我們最多采用的是各種電動機,。

各種電動機都有不同的啟動特性和負載特性，要根據(jù)不同的情況加以選擇和控制,。

設計棒材軋機的定尺飛剪時,，主要考慮電機的啟動特性，電機要適應頻繁的連續(xù)啟動,，啟動過程要準確,。

設計軋機的時候，主電機主要考慮的是過載倍數(shù)是否合適,，過載倍數(shù)不夠,，軋機的力能參數(shù)不夠，光能轉又有什么用,？,。

設計冷床的時候，假如你是采用啟動/停止的方式,，就要選擇較大的電機,，當采用氣動離合器的方式時，電機相對就小些。這些都是根據(jù)計算得出的,。

說到計算一個電機驅動的系統(tǒng)時,，電機是否合適？曾經(jīng)有許多的說法,，很多書里說了不同的觀點,，有時把人說得云山霧罩，不知所以然,，有些東西我參考,，有些東西只是看看算了。

什么叫電機選擇得合適,？就是在工作載荷的條件下基本達到額定狀態(tài),，留下一點富裕就夠了，留多少富裕的功率,，那要看你選擇的是誰的電機,，假如是德國的電機，你在90%的額定條件下可以長期使用,，如果是美國的電機,，有時可以使到100%。有些電機,，你就要慎重,，可以詢問廠家，到底可以在什么條件下使用,，給你的答復有時是75%，有時還要低,，但你也要遵循,，誰讓你想少花銀子呢？

電機到底在什么條件下會燒了,，一堆人可能有許多的說法,，無論誰說過什么，最終的答案都只是一種：那就是積累的熱量,。請你記住,，只有發(fā)熱超過散熱并累計上升到規(guī)定的溫度，同時持續(xù)一定的時間,，最終燒毀絕緣的時候,，電機就燒了。

在實際的設備設計中,，有時,，你按工作載荷計算的電機功率是不能滿足啟動要求的，因為過長的啟動時間將瞬間產(chǎn)生大量的熱,，使系統(tǒng)馬上被‘頂?shù)簟�,。但你若是按啟動工況計算電機的功率,，就會嚴重富裕，這將導致系統(tǒng)的效率下降,，對整個的工廠是沒什么好處的,。這時，你就要在這兩者之間做出平衡,，平衡不了的時候,，就要另加一個裝置專門負責啟動，這種東西的工作原理各不相同,，最簡單的就是兩個電機串在一起,，用離合器聯(lián)接，啟動的時候,，兩個電機同時工作,，正常工作的時候，斷開一個,，使用一個,。

其實，你只需掌握幾點關鍵的東西：啟動期間的發(fā)熱是否超限,，如果啟動的次數(shù)很少,，首次啟動是冷車啟動，即使發(fā)熱略有超過,，也不會怎么樣,，但時間不能太長，長了,，對電機的壽命有影響,。電機在工作期間的過載問題必須仔細計算，力能參數(shù)滿足需求的時候,，主要是計算每一個循環(huán)的發(fā)熱是否滿足要求,，應該使用什么方式進行散熱，對于封閉式電機的計算要特別注意使用的環(huán)境,。而對于特殊的氣候條件,，比如濕熱帶的氣候，要使用專門的濕熱帶電機,，以前,，有的公司出口設備到印尼去就有這類的問題。在系統(tǒng)減速階段,，你可能用到某些減速的方式,，假如和電機的力能參數(shù)有關的話，也要仔細計算，力能參數(shù)合適以后,，再算發(fā)熱量,，總之，你什么都算過,，并且都算對了,，在工程中出的錯誤就少，否則,，有些問題不是你輕易能處理的,。當然，你如果只是給別人跑腿的話,，有問題時可以躺倒說不明白,，但有時說不明白，就不行,，要看是誰說,！

真正選擇電機的時候，你會看到有同步機,，異步機,，異步機里還有眾多的分類，當然還有直流機,、各種伺服電機,、步進電機、開關磁阻電機,，許多我都用過,，書里有明確的原理說明，廠家有詳細的曲線參數(shù)表,，這些東西我不能侃,，一侃就要露怯，在選電機之前要仔細地想好了,，你要驅動的是什么系統(tǒng)，到底會發(fā)生什么事情,，這才是問題的關鍵,。

以前，遇到一件事,，我們打過一個賭,，最后我贏了，那是用一個小電機驅動一個慣性比較大的系統(tǒng),，啟動的時間很長,，按原理說，超過規(guī)定的啟動時間，電機就可能燒了,。但那電機就是不燒,，一個書念得比我好的家伙怎么都不解這是為什么，書里明明說了要燒的,，怎么不燒呢,？見鬼！假如你能猜到為什么,，告訴我,！

在使用電機不方便的場合下，可能你被迫要使用其他的原動機,，例如,，在輸油中繼站要使用柴油機，這東西和電機的特性是完全不同的,，要考慮一大堆的東西,，比如液力耦合器及控制系統(tǒng)，調(diào)速裝置,，齒輪變速箱,，散熱器和循環(huán)系統(tǒng)等，你別嫌麻煩,，掙錢麻煩嗎,？應該是不麻煩的，我說的是掙錢,，不是從地上撿錢,！

在輸氣的線路上，假如氣體的熱值和灰份等質量合適又有處理站的話,，可能使用渦輪軸燃氣輪機,，這東西是高速機，減速裝置比較復雜,，還要有一大堆的監(jiān)控系統(tǒng),，但它的效率很高，裝置比較小,。

還有使用斯特林機的,，可能場合特殊，那東西很安靜,，有在車上使用的,，我沒用過。

 

侃過驅動的方式以后,，還可以侃一下被驅動的結構,。假如一個驅動力可以使系統(tǒng)啟動的話,，系統(tǒng)就可以開始運轉，但運轉的過程中還會發(fā)生許多的問題,。

 

待續(xù)----------------------------------------------------------------

羚羊

讀你的文章感覺自己象一個小學生似的,，從你文章中找出的答案,，那電機不燒是散熱條件很好，電機發(fā)熱始終達不到燒毀絕緣的時候,，也就是說該電機在環(huán)境溫度較低情況下使用了,。

lynx91

羚羊 大蝦：那電機是內(nèi)部通水冷卻的，德國的東西,，電機在很高的環(huán)境溫度下使用,，但始終就沒燒。有人依據(jù)理論計算說要燒,，可燒不了,，但配線要比常規(guī)大許多，否則,，電機沒燒,，電纜可能燒了。

謝謝關注,。

憨老馬

水冷式發(fā)電機以前就知道有了，沒想到電機也要水冷,，大電機我們用得不多,，頂多也就是100千瓦以下，IP55,。不過現(xiàn)在很多電腦的主板和CPU都用上水冷的啦,。

好文章，繼續(xù)等待,！

羚羊

謝謝歸隱,，明白了。我對電機這東西不太了解,，最近去設備廠家驗收設備時感覺要求一點不高的東西干嗎要用伺服電機,，用步進電機完全能夠OK的，后來一問,，說日本提供的資料就這樣,，在我的心目中伺服電機價格高，使用要求精度高的場合,。

卓信

歸隱大俠真是牛人啊

已經(jīng)聯(lián)系拜讀 受益匪淺 謝謝

卓信

原帖由 羚羊 發(fā)表 謝謝歸隱,，明白了。我對電機這東西不太了解,，最近去設備廠家驗收設備時感覺要求一點不高的東西干嗎要用伺服電機,，用步進電機完全能夠OK的，后來一問,，說日本提供的資料就這樣,，在我的心目中伺服電機價格高，使用要求精度高的場合,。

一般都是這樣的吧 估計小日本覺得那就要高精度的呢

深南大道

我算明白了什么叫機械設計
動靜結合,，另外還要考慮很多其他因素
反正就是讓系統(tǒng)在合理的壽命期限內(nèi)不出問題～～～～～
佩服歸隱大俠～～～～

jy000167

深深覺得，如果身邊有一位良師,，就真的是一種幸福了
歸隱大俠快快,，等待連載（四）呢

luyilan1198

樓上的說得好，歸隱大蝦確實是我們的良師益友!...